(57)【要約】【課題】  実際の保有量若しくは保有状態を正しく把握可能な、灰溶融炉ホッパの灰レベルの計測方法及び装置の提供。【解決手段】  灰溶融炉ホッパの天井に設けられたマイクロ波放射・受信装置からマイクロ波を放射し、該放射波が前記ホッパ中の灰レベル面に到達し、該灰レベル面で反射する反射波を前記マイクロ波放射・受信装置で受信し、放射から到達までの行程時間を解析して、前記灰レベル面の高さを計測する方法であって、前記マイクロ波の放射角度を式（１）のθ（°）で示す範囲としたことを特徴とする。    ２ｔａｎ−１（Ｓ／Ｈ）≦θ≦２ｔａｎ−１（Ｄ／２Ｈ）          （１）    Ｈ：ホッパ中の最も高い灰レベルからマイクロ波放射・受信装置までの距離（ｍｍ）    Ｓ：アッシュの粒度分布中の粒子のｍａｘ径    Ｄ：ホッパの直径（ｍｍ）。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
灰溶融炉ホッパの天井に設けられたマイクロ波放射・受信装置からマイクロ波を放射し、該放射波が前記ホッパ中の灰レベル面に到達し、該灰レベル面で反射する反射波を前記マイクロ波放射・受信装置で受信し、放射から到達までの行程時間を解析して、前記灰レベル面の高さを計測する方法であって、前記マイクロ波の放射角度を式（１）のθ（°）で示す範囲としたことを特徴とする灰溶融炉ホッパの灰レベル計測法。
２ｔａｎ−１（Ｓ／Ｈ）≦θ≦２ｔａｎ−１（Ｄ／２Ｈ）          （１）
Ｈ：ホッパ中の最も高い灰レベルからマイクロ波放射・受信装置までの距離（ｍｍ）
Ｓ：アッシュの粒度分布中の粒子のｍａｘ径
Ｄ：ホッパの直径（ｍｍ）
【請求項２】
灰溶融炉ホッパの天井に設けられたマイクロ波放射・受信装置からマイクロ波を放射し、該放射波が前記ホッパ中の灰レベル面に到達し、該灰レベル面で反射する反射波を前記マイクロ波放射・受信装置で受信し、放射から到達までの行程時間を解析して、前記灰レベル面の高さを計測する方法であって、前記マイクロ波の放射をホッパ直径方向にスキャニングして、直径上の複数の位置に対応する前記灰レベル面の高さを計測し、前記直径上の位置を横軸に、前記灰レベル面の高さを縦軸に採った直交座標に前記計測値を対応させて、レベル面の断面プロファイルを得ることを特徴とする灰溶融炉ホッパの灰レベル計測法。
【請求項３】
灰溶融炉ホッパの天井に設けられたマイクロ波放射・受信装置と、該マイクロ波放射・受信装置からマイクロ波を放射し、該放射波が前記ホッパ中の灰レベル面に到達し、該灰レベル面で反射する反射波を前記マイクロ波放射・受信装置で受信し、放射から到達までの行程時間を解析して、前記灰レベル面の高さを算出する解析・算出手段とを有し、更に前記マイクロ波放射・受信装置が放射角形成手段を備え、前記放射マイクロ波の放射角度を式（１）のθ（°）で示す範囲とすることを特徴とする灰溶融炉ホッパの灰レベル計測装置。
２ｔａｎ−１（Ｓ／Ｈ）≦θ≦２ｔａｎ−１（Ｄ／２Ｈ）          （１）
Ｈ：ホッパ中の最も高い灰レベルからマイクロ波放射・受信装置までの距離（ｍｍ）
Ｓ：アッシュの粒度分布中の粒子のｍａｘ径
Ｄ：ホッパの直径（ｍｍ）
【請求項４】
灰溶融炉ホッパの天井に設けられたマイクロ波放射・受信装置と、該マイクロ波放射・受信装置からマイクロ波を放射し、該放射波が前記ホッパ中の灰レベル面に到達し、該灰レベル面で反射する反射波を前記マイクロ波放射・受信装置で受信し、放射から到達までの行程時間を解析して、前記灰レベル面の高さを算出する解析・算出手段とを有し、更に前記マイクロ波放射・受信装置がホッパ直径方向のスキャニング手段を備え、マイクロ波の放射をホッパ直径方向にスキャニングし、直径上の複数の位置に対応する前記灰レベル面の高さを計測し、前記直径上の位置を横軸に、前記灰レベル面の高さを縦軸に採った直交座標に前記計測値を対応させて、レベル面の断面プロファイルの取得を可能としたことを特徴とする灰溶融炉ホッパの灰レベル計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重油焚きボイラ飛灰、石炭焚きボイラ火炉排出灰、各種廃棄物焼却炉排出灰などを、プラズマ溶融炉などの高温炉で溶融して、再資源化を図るための溶融炉に付帯するホッパの、灰レベルをマイクロ波を用いて計測する方法及びその装置に関する。更に詳しくはマイクロ波を用いて、安息角の大きな灰が、灰溶融炉に付帯するホッパ内部に堆積・保有される状態を、定量的に把握する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の原料（灰）供給用ホッパ中の、原料（灰）保有量を把握するには、原料（灰）を当該ホッパコンベアなどで投入する際に計量するとともに、搬送する方法（例えば特許文献１参照）、ホッパ全体をロードセル上にのせ、投入された総重量を直接計量する方法などがある。ホッパに一時保有された灰は、ホッパの底部からは、プッシャなどで、溶融炉へ供給されるので、前記のホッパ前投入時計量法では、ホッパ中の灰保有量は、ホッパへの投入とホッパから溶融炉への供給がバランスすれば一定に保たれるが、後者が変動すれば、前者が定量的に進行していても、ホッパ保有量は変動して、その現在値が分からない。逆に言えば、真のホッパ保有量をコンスタントに保てなければ、又は把握できなければ、溶融炉への供給速度を調節できないことになる。また、総重量計量法では、スクリューフィーダなどのホッパへの灰の投入手段或いはプッシャなどのホッパから炉への灰の供給手段由来の応力変動を絶縁した状態で、ホッパをロードセル上に搭載しなけらばならず、必ずしも容易ではない。
【０００３】
これら問題点を避けるために、図４に示すようにパドル式レベル検出器でホッパ内に灰のレベルを計測する方法も行われる。これを以下に説明する。ホッパ１にはスクリューフィーダ４で灰を投入する。ホッパに一時保有された灰５は底部に設けられたプッシャ３により灰溶融炉６内に供給される。ホッパ内にはパドル式レベル検出器１０がＨ、Ｍ及びＬの位置に設けられ、灰の粉粒体面高さを検出する。しかし灰は安息角が大きいので、底から排出すると真中が凹んだ、図示のようなレベル７の面を形成する。従って、パドル式レベル検出器から検出される粉粒体面高さから推定されるホッパ中の灰の保有量は、誤差が著しく大きい。
【０００４】
一方、熱や粉塵、環境ガスその他の媒体などの影響を受けないで、粉粒体、流体のレベルを、非接触で測定する方法として、マイクロ波を利用するものが特許文献２に開示されている。この技術はレベル面が比較的水平に近い安定な面を形成している場合には、前記した悪環境の影響を受けない面で有用であり、適用可能であるが、本発明の意識にあるような、著しく変化したプロファイルを形成するレベル面では依然として、誤差が甚だしくなる。
【０００５】
また、特許文献３には反射波による層高測定方法として、やはり、マイクロ波を応用した測定方法が開示されている。この技術は、流動層の層高を計測するもので、流動層のレベル面は本来的に変動の激しいものであるから、その測定値はばらつきが甚だしい。そこで、層高を運転の管理指標として用いる場合、ばらつきの大きい測定値の頻度分布として捉えたものである。この問題は測定値の時間的ばらつきの問題であって、本発明の問題にする、レベル面の幾何学的形状の問題とは別である。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−６５３３４号公報
【特許文献２】特開平１０−１８５１４７号公報
【特許文献３】特開平９−８９６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記従来の技術の問題点に鑑みなされたもので、実際の保有量若しくは保有状態を正しく把握可能な、灰溶融炉ホッパの灰レベルの計測方法及び装置の提供を目標とする。更に詳しくは、灰溶融炉ホッパの灰レベルの平均化された値を計測若しくはレベル面の断面プロファイルを計測して実際の保有量若しくは保有状態を正しく把握する方法及び装置を提供することを目標とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明の灰溶融炉ホッパの灰レベル計測法は、灰溶融炉ホッパの天井に設けられたマイクロ波放射・受信装置からマイクロ波を放射し、該放射波が前記ホッパ中の灰レベル面に到達し、該灰レベル面で反射する反射波を前記マイクロ波放射・受信装置で受信し、放射から到達までの行程時間を解析して、前記灰レベル面の高さを計測する方法であって、前記マイクロ波の放射角度を式（１）のθ（°）で示す範囲としたことを特徴とする。
２ｔａｎ−１（Ｓ／Ｈ）≦θ≦２ｔａｎ−１（Ｄ／２Ｈ）          （１）
Ｈ：ホッパ中の最も高い灰レベルからマイクロ波放射・受信装置までの距離（ｍｍ）
Ｓ：アッシュの粒度分布中の粒子のｍａｘ径
Ｄ：ホッパの直径（ｍｍ）
【０００９】
ここで用いるマイクロ波の周波数は、ホッパ内の發塵粒子の影響を受けるほどに短い波長でない限り特に限定する必要はないが、長波長の方が放射ビームが広がり易いという一般的性質は考慮されてもよい。不等式（１）の根拠は、図２を参照して説明すると、放射波が、高さＨ、直径Ｄのホッパ底面全体をカバーする範囲にビームが広がる放射角θを最大値とし（ａ）、底面にあるアッシュ粒子の最大の物の２倍の大きさの範囲を最小値とした（ｂ）。この範囲の放射角θを有するマイクロ波が、灰５のレベル７で反射して、その反射波を受信して得られる信号は、図２の前記θがカバーする範囲のレベル面の変化した距離情報を有したものである。従って、この信号を解析して、θがカバーする範囲のレベル面の例えば平均的高さを算出することができる。
【００１０】
更に本発明の灰溶融炉ホッパの灰レベル計測法は、灰溶融炉ホッパの天井に設けられたマイクロ波放射・受信装置からマイクロ波を放射し、該放射波が前記ホッパ中の灰レベル面に到達し、該灰レベル面で反射する反射波を前記マイクロ波放射・受信装置で受信し、放射から到達までの行程時間を解析して、前記灰レベル面の高さを計測する方法であって、前記マイクロ波の放射をホッパ直径方向にスキャニングして、直径上の複数の位置に対応する前記灰レベル面の高さを計測し、前記直径上の位置を横軸に、前記灰レベル面の高さを縦軸に採った直交座標に前記計測値を対応させて、レベル面の断面プロファイルを得ることを特徴とする。
【００１１】
スキャニングの方法はマイクロ波放射・受信装置の取り付け位置付近を軸芯として回転し、角度を変化させる方法も可能である。また、マイクロ波放射・受信装置を直径上にスライドさせて、水平移動させる方法も可能である。
【００１２】
更に本発明の他の側面である灰溶融炉ホッパの灰レベル計測装置は、灰溶融炉ホッパの天井に設けられたマイクロ波放射・受信装置と、該マイクロ波放射・受信装置からマイクロ波を放射し、該放射波が前記ホッパ中の灰レベル面に到達し、該灰レベル面で反射する反射波を前記マイクロ波放射・受信装置で受信し、放射から到達までの行程時間を解析して、前記灰レベル面の高さを算出する解析・算出手段とを有し、更に前記マイクロ波放射・受信装置が放射角形成手段を備え、前記放射マイクロ波の放射角度を式（１）のθ（°）で示す範囲とすることを特徴とする。
２ｔａｎ−１（Ｓ／Ｈ）≦θ≦２ｔａｎ−１（Ｄ／２Ｈ）          （１）
Ｈ：ホッパ中の最も高い灰レベルからマイクロ波放射・受信装置までの距離（ｍｍ）
Ｓ：アッシュの粒度分布中の粒子のｍａｘ径
Ｄ：ホッパの直径（ｍｍ）
【００１３】
前記放射角形成手段は例えば、電磁ホーンをアンテナとして用いることによって行う事ができる。また、適当な誘電率の物質からなる電磁レンズによっても可能である。
【００１４】
更に本発明の灰溶融炉ホッパの灰レベル計測装置は、灰溶融炉ホッパの天井に設けられたマイクロ波放射・受信装置と、該マイクロ波放射・受信装置からマイクロ波を放射し、該放射波が前記ホッパ中の灰レベル面に到達し、該灰レベル面で反射する反射波を前記マイクロ波放射・受信装置で受信し、放射から到達までの行程時間を解析して、前記灰レベル面の高さを算出する解析・算出手段とを有し、更に前記マイクロ波放射・受信装置がホッパ直径方向のスキャニング手段を備え、マイクロ波の放射をホッパ直径方向にスキャニングし、直径上の複数の位置に対応する前記灰レベル面の高さを計測し、前記直径上の位置を横軸に、前記灰レベル面の高さを縦軸に採った直交座標に前記計測値を対応させて、レベル面の断面プロファイルの取得を可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の効果は、以下のようにまとめることができる。
（１）マイクロ波を使用して、粉塵、温度、圧力、媒体物質、などの環境要素に影響を受けずに、レベル面を計測できる。
（２）放射角を広げて、その反射波を受信解析すれば、水平でないレベル面の平均的高さを算出することができる。
（３）もしくは、レベル面をマイクロ波でスキャニングしながら、反射波を受信して、高さを測れば、レベル面の断面プロファイルが描画できて、レベル状態を把握できる。
これらにより、従来精度のよい計測ができず、灰溶融炉の制御に支障をきたしていたが、改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
図１は本発明の灰溶融炉ホッパの灰レベル計測法の実施態様を示す略図である。図１において、灰５をスクリューフィーダ４で投入し、プッシャ３で灰溶融炉６内に供給すると、ホッパ１内の灰５は、図示のように平坦でない凹状を呈したレベル７の面になる。ホッパの高さは３０００ｍｍ、径は１０００ｍｍであるので、（１）式の２ｔａｎ−１（Ｄ／２Ｈ）は１８．９°となる。マイクロ波放射受信装置２に、ホーン状アンテナを付け、マイクロ波の放射角を１８．９°になるようにする。
【００１８】
放射するマイクロ波は９ギガヘルツから１０ギガヘルツの間で時間軸に対してリニアに周波数変調し、図３（ａ）Ｆｒｄの直線に沿って、鋸状の変化をするように放射すると、図中Ｆｒｆのような反射波が受信される。上側の反射波が凹状のレベル面のうち最も近い（レベルの高い）面から反射されるものであり、下側の反射波が凹状のレベル面のうち最も遠い（レベルの低い）面から反射されるものである。凹状のレベル面はほぼ連続的に変化しているので、図３の点線で示した折れ線の内部はほぼ連続的に同様な折れ線で埋められている。同時刻における放射波と反射波の周波数の差ΔＦが、レベル面までの距離に比例するので、これにより、距離が算出可能である。ΔＦを時間に関して図示すると（ｂ）のようになり、ΔＦｍａｘが最も遠い（レベルの低い）面までの距離、ΔＦｍｉｎが最も近い（レベルの高い）面までの距離に比例する値である。これらの信号もしくはこれらの信号から得られる数値を用いて、ホッパ内灰レベルとして一義的な指標、例えば平均レベル、中央値レベル、積分計算によって算出できる定義値などを算出すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、灰溶融炉に付帯するホッパに保有される灰のレベル測定法を改善することで、その保有量を精度よく把握できる。これにより各種産業から排出する灰の溶融反応工程の制御が適切にできるので、産業廃棄物の資源化に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の灰溶融炉ホッパの灰レベル計測法の実施態様を示す略図である。
【図２】本発明のマイクロ波の放射角の範囲を限定する根拠を示す略図である。
【図３】本発明の実施態様で、高低のあるレベル面を所定の放射角で照射したマイクロ波の反射波を示したグラフである。
【図４】従来のレベル計の実施態様を示す略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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